FR2715477A1 - Détecteur de proximité inductif redondant. - Google Patents

Abstract

Détecteur de proximité inductif (50), utilisé pour la détection de la présence ou du passage d'un objet mobile par l'intermédiaire d'une cible (10), du type comprenant une bobine (14, 15) émettant un champ électromagnétique, montée sur un support (12), et un système électronique comprenant un oscillateur (21, 31) délivrant à la bobine (14, 15) un signal d'excitation dont l'amplitude d'oscillation varie lorsque la cible pénètre dans une région de détection, et un circuit de déclenchement à seuil (22, 32) recevant en entrée le signal d'excitation, délivrant une information de sortie à deux états fonction de l'amplitude d'oscillation. Ce détecteur comprend deux bobines (14, 15) montées coaxialement sur le support, et deux systèmes électroniques (20, 30) associés aux bobines. Il est destiné aux applications où une grande sécurité de fonctionnement est nécessaire, et/ou à une détection à deux niveaux de sensibilité.

Description

DETECTEUR DE PROXIMITE INDUCTIF REDONDANT
La présente invention concerne les détecteurs de proximité inductifs, pour la détection de la présence ou du passage d'un objet mobile, du type utilisant une cible solidaire de l'objet mobile à surveiller, et une bobine d'émission d'un champ électromagnétique couplée à un circuit oscillant dont l'amplitude d'oscillation varie lorsque la cible se trouve à proximité de la bobine et donne une indication sur la présence de la cible.

ces détecteurs trouvent de nombreuses applications dans la plupart des secteurs de la technique, notamment pour des opérations de comptage, de tachymétrie, de détermination de fin de course, etc. Dans le secteur aéronautique par exemple, on les utilise pour le contrôle de la fermeture des portes d'aéronefs, de l'ouverture des trains d'atterrissage, pour la mesure de la vitesse de rotations des pales d'hélicoptères,...

La figure 1 représente schématiquement un détecteur de proximité inductif classique 20. L'élément sensible du détecteur 20, ou transducteur 1, comprend une bobine 2 montée sur un support en matériau magnétique, généralement un pot en ferrite 3. Ce pot en ferrite 3, vu en coupe sur la figure 1, est délimité par un fond 4 et une paroi latérale 5 cylindrique. La bobine 2 est enroulée autour d'un noyau 6 agencé axialement à l'intérieur du pot, et formant une excroissance du fond 4. A ce transducteur 1 est associé un système électronique 7 comprenant un circuit oscillateur 8 de type LC relié aux extrémités de la bobine 2, C représentant une capacité de référence et L l'inductance de la bobine 2 ou l'inductance d'une bobine de référence propre au circuit 8, un circuit de déclenchement à seuil 9 (trigger) recevant le signal d'oscillation prélevé aux bornes de la bobine 2, et un circuit de sortie 10 recevant la sortie du circuit à seuil 9 et délivrant le signal de sortie du détecteur 20.

Dans un tel détecteur, la bobine 2 est en même temps bobine émettrice et bobine de détection. Elle est excitée par l'oscillateur 8 et émet un champ électromagnétique canalisé par le pot en ferrite 3 et rayonné par les extrémités du noyau 6 et de la paroi latérale 5. Ce champ se referme dans l'air et définit une région de détection R, représentée en figure 1.

Pour détecter la présence d'un objet mobile, on utilise un élément appelé cible 10, qui peut être une partie de l'objet à surveiller, ou un élément rapporté sur cet objet ou solidaire des mouvements de l'objet par l'intermédiaire d'une cinématique. Lorsqu'elle pénètre dans la région de détection R, la cible créee une perturbation du champ électromagnétique entraînant une modification du signal de sortie.

La cible peut être en un matériau conducteur de l'électricité, ou en un matériau ferromagnétique. Dans le premier cas, on utilise un oscillateur 8 haute fréquence, oscillant à quelques centaines de kHz, et L représente l'inductance de la bobine 2. Le champ en se refermant par la cible conductrice occasionne des pertes par génération de courants de Foucault dans la cible, provoquant soit le blocage de l'oscillateur 8, soit une baisse de l'amplitude d'oscillation. Dans le second cas, on utilise un oscillateur basse fréquence (quelques kHz), et L représente une inductance de référence. Le champ en se refermant par la cible ferromagnétique provoque une variation de la réluctance du pot ferrite 3 et de l'impédance de la bobine 2, et donc là aussi une diminution de l'amplitude d'oscillation.

En présence de la cible 10, la diminution de l'amplitude d'oscillation du circuit 8 (ou son blocage) est perçue par le circuit à seuil 9 dont la sortie commute à l'état bas ("détection"). Au retrait de la cible, l'amplitude d'oscillation revient à sa valeur initiale et la sortie du circuit à seuil 9 revient à l'état haut ("non-détection"). Le circuit 9 présente généralement une hystérésis de commutation qui fait que les seuils de commutation lors du passage de l'état haut à l'état bas et de l'état bas à l'état haut sont sensiblement différents, cela permettant d'éviter toute oscillation parasite en sortie du détecteur 20 lorsque la cible se trouve dans une position intermédiaire entre la région de détection R et la région de non-détection.

Le circuit 10 assure la mise en conformité du signal de sortie du circuit à seuil 9 avec les spécifications de sortie du détecteur 20 (niveau logique, impédance de sortie, forme du signal...), et assure éventuellement une fonction de démodulation lorsque celle-ci n'est pas réalisée par le circuit à seuil 9.

Des renseignements détaillés sur les diverses possibilités de réalisation de cette structure classique de détecteur sont donnés dans les articles de Mihail
MACOVSCHI "Les capteurs inductifs de position", revue
Electronique, Technique et Industries, N 75 du 15 janvier 1990, Ne 76 du 20 février 1990, N 77 du 20 mars 1990.

Cette structure classique de détecteur de proximité inductif, bien que ne présentant pas en ellemême d'inconvénient majeur, se révèle néanmoins insuffisante dans certains cas.

Un premier cas est celui où une grande fiabilité de fonctionnement est demandée, car une panne d'un élément entraînerait une panne totale du détecteur. On est donc amené à utiliser des systèmes électroniques redondants, comprenant deux détecteurs en parallèle. On se trouve alors confronté à des contraintes d'installation, car on doit éviter un couplage électromagnétique entre les bobines des détecteurs, qui aurait pour effet d'inhiber les détecteurs et de diminuer les distances de détection. La conséquence est que l'on doit non seulement prévoir une distance minimale entre les détecteurs, mais aussi multiplier les cibles et éventuellement les mécanismes d'actionnement de ces cibles (la distance minimale à respecter entre deux détecteur fait notamment l'objet des normes européennes
EN 50008 à 50044). Ainsi, l'encombrement, le poids et le coût d'un système redondant sont importants et deviennent gênant dans certaines applications, notamment dans le domaine aéronautique.

Un premier objet de la présente invention est de pallier ces inconvénients, et prévoir une structure simplifiée de détecteur redondant permettant de gérer les phénomènes d'interaction entre les bobines tout en gagnant en encombrement.

Un deuxième cas où la structure classique de détecteur se révèle insuffisante est celui où une plus grande finesse de détection est souhaitée. Comme on l'a vu plus haut, le détecteur fournit un signal de sortie binaire et se comporte comme un interrupteur ouvert ou fermé en fonction de la position de la cible. Pour affiner la détection, on a déjà proposé des détecteurs dits "à variation continue d'amplitude", où le circuit de déclenchement à seuil est remplacé par un démodulateur qui fournit un signal continu image de la distance cible/détecteur. Ces détecteurs sont cependant coûteux à mettre en oeuvre et se révèlent instables et sensibles à des variations de température. En outre, une aussi grande précision de l'information de position est rarement nécessaire, ces capteurs étant donc trop élaborés pour la grande majorité des applications.

Par conséquent, un autre objet de la présente invention est de prévoir un détecteur de structure simple et fiable qui puisse donner une indication plus précise de la distance cible/détecteur.

Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit de mettre dans un même transducteur deux bobines ayant le même noyau magnétique. On associe à ce transducteur deux circuits électroniques fonctionnant alternativement selon un principe de multiplexage temporel. On supprime ainsi tout couplage électromagnétique entre les bobines, et on obtient une structure redondante compacte et de grande fiabilité.

Dans un autre mode de réalisation, on associe à ce transducteur deux circuits électroniques ayant des seuils de détection différents, pour réaliser un détecteur ayant deux niveaux de détection.

Plus particulièrement, la présente invention prévoit un détecteur de proximité inductif, pour la détection de la présence d'un objet mobile par l'intermédiaire d'une cible, du type comprenant une bobine émettant un champ électromagnétique, montée sur un support en matériau magnétique, et un système électronique comprenant un oscillateur délivrant à la bobine un signal d'excitation, dont l'amplitude d'oscillation varie lorsque la cible pénètre dans une région de détection, et un circuit de déclenchement à seuil recevant le signal d'excitation et délivrant une information de sortie à deux états, fonction de l'amplitude de l'oscillation. Le détecteur comprend au moins une deuxième bobine coaxiale à la première bobine et montée sur le support en matériau magnétique, et au moins un deuxième système électronique associé à la deuxième bobine.

Avantageusement, les systèmes électroniques fonctionnent alternativement selon des plages temporelles de fonctionnement disjointes.

Avantageusement, chaque système électronique est désaccouplé cycliquement de la bobine correspondante par l'ouverture d'un interrupteur, une bascule de mémorisation étant prévue à la sortie du circuit de déclenchement du système électronique pour conserver l'information de sortie du circuit de déclenchement lors des ouvertures de l'interrupteur.

Selon un mode de réalisation, le détecteur comprend deux systèmes électroniques présentant les mêmes seuils de déclenchement, et fournissant la même information de sortie sauf en cas de panne de l'un d'entre eux.

Selon un mode de réalisation, le détecteur comprend deux systèmes électroniques ayant des niveaux de déclenchement différents, de sorte que la région de détection de la bobine correspondant au système électronique ayant le niveau de déclenchement le plus bas est incluse dans la région de détection de la bobine du système ayant le niveau de déclenchement le plus élevé.

Le détecteur, peut fonctionner à haute fréquence, dans ce cas la cible est en un matériau conducteur de l'électricité, ou à basse fréquence, la cible étant en un matériau ferromagnétique.

Le support en matériau magnétique peut prendre la forme d'un pot en ferrite dont le fond comporte une excroissance cylindrique axiale autour de laquelle sont enroulées les deux bobines.

Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation particulier faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles:
la figure 1 représente un détecteur de proximité classique et a été décrite précédemment,
la figure 2 représente schématiquement sous forme de blocs un mode de réalisation d'un détecteur selon la présente invention.

Le détecteur 50 représenté en figure 2 comprend un transducteur 11 comprenant un pot ferrite 12 de type classique et déjà décrit en relation avec la figure 1, comportant un noyau 13 support de bobine. Conformément à la présente invention, deux bobines 14, 15 sont enroulées coaxialement autour du noyau 13. Dans l'exemple représenté, la bobine 14 occupe la première moitié inférieure de l'espace disponible dans le pot ferrite 12, la bobine 15 est au dessus de la bobine 14 et occupe la deuxième moitié supérieure, du côté où la détection doit s'effectuer.

Le détecteur comprend en outre, associés au bobines 14, 15, deux systèmes électroniques, respectivement 20, 30, qui comprennent chacun de façon classique un oscillateur 21, 31, un circuit de déclenchement à seuil 22, 32, et un circuit de sortie 23, 33 délivrant un signal de sortie S1, S2. La bobine 14 est reliée au système électronique 20 par l'intermédiaire d'un interrupteur 16, disposé entre une extrémité de la bobine 14 et l'entrée correspondante du système électronique 20, et la bobine 15 reliée au système 30 par l'intermédiaire d'un interrupteur 17 disposé de façon analogue. L'interrupteur 16 est commandé par un signal d'horloge H délivré par un circuit de séquencement 40, et l'interrupteur 17 par un signal *H délivré par un inverseur 41 recevant le signal H sur son entrée. En outre, chaque système électronique 20, 30 comporte une bascule mémoire 24, 34 placée entre la sortie du circuit à seuil 22, 32 et l'entrée du circuit de sortie 23, 33, la bascule mémoire 24 du système électronique 20 étant commandée par le signal d'horloge H et la bascule mémoire 34 du système électronique 30 par le signal *H.

Le principe de fonctionnement de chacun des systèmes électroniques 20, 30 est classique et a été décrit au préambule. On peut utiliser des oscillateurs 21, 31 fonctionnant à haute fréquence (détection d'une cible en matériau conducteur par pertes par courants de
Foucault) ou à basse fréquence (détection d'une cible ferromagnétique par variation de réluctance).

Ici, les systèmes électroniques 20, 30 fonctionnent alternativement et sont cadencés par les signaux d'horloge H et *H, le système 20 étant actif quand H = 1, et le système 30 actif quand *H = 1. Par exemple, quand H devient égal à 1, l'interrupteur 16 se ferme, l'oscillateur 21 du système 20 redémarre et la bobine 14 reçoit un signal d'excitation. Au même instant, l'interrupteur 17 s'ouvre et le système 30 se désactive.

Quand H passe à O et *H à 1, le cycle d'acquisition du système 20 se termine et la sortie de la bascule 24, sur front descendant de H, enregistre l'état du circuit de déclenchement 22. La sortie de la bascule 24 sera maintenu constante jusqu'à la fin du cycle d'acquisition suivant. Quand *H = 1, la détection s'effectue suivant le même principe mais avec le système 30 et la bobine 15.

Le détecteur 50 réalise ainsi une détection par échantillonnage, qui peut être calée sur une fréquence d'horloge assez rapide, de l'ordre de quelque centaines de Hertz, les durées des cycles d'acquisition (quelques millisecondes) étant dans ce cas suffisantes pour permettre la stabilisation des systèmes électroniques 20, 30 après redémarrage, et la détection de la présence (ou de l'absence) d'une cible. Les bobines 14, 15 n'étant jamais excitées en même temps, on évite avantageusement toute possibilité de couplage parasite.

De façon générale, le fait d'échantillonner la détection ne change rien par rapport à une détection continue classique, surtout dans le cas d'une détection statique (présence ou non-présence de la cible). Dans le cas d'une détection dynamique, il faut néanmoins s'assurer que le temps de passage de la cible devant le détecteur ne soit pas trop bref,. car l'un des deux systèmes électroniques pourrait "rater" la cible. On pourrait en particulier arriver à des phénomènes parasites connus en stroboscopie, si la cible était animée d'un mouvement cyclique trop rapide.

Dans une première application de la présente invention, le détecteur 50 remplace les structures redondantes classiques à deux détecteurs, coûteuses et encombrantes. Dans ce cas il convient de régler les systèmes électroniques de manière qu'ils aient les mêmes seuils de détection. Le détecteur 50 est intégré dans un seul boîtier, ce qui permet d'optimiser l'encombrement et les coûts de revient de l'installation. Vu de la sortie, le détecteur 50 équivaut à deux détecteurs indépendants, à la différence que l'on évite d'avoir à doubler les cibles et, le cas échéant, leurs systèmes d'actionnement.

En outre, le fait d'avoir deux bobines qui "voient" la même cible, permet d'effectuer un diagnostic de panne plus fiable. En effet, si les sorties des deux systèmes électroniques ne sont pas identiques, on peut affirmer que l'un des circuits électroniques est défaillant, et grâce à différents circuits d'autotest dont la réalisation est à la portée de l'homme du métier, déterminer quelle est l'information valide. Ce n'était pas le cas avec les systèmes doubles de l'art antérieur, car une des cibles ou un des systèmes d'actionnement pouvait avoir été endommagé ou être bloqué, et il était impossible de déterminer, quand les informations n'étaient pas homogènes, si le défaut provenait d'un des détecteurs ou de l'une des cibles.

Dans une deuxième application de la présente invention, le détecteur 50 est utilisé en vue d'une plus grande précision de détection que ne le permet un détecteur classique du même genre. Pour cela, on prévoit des niveaux de déclenchement différents pour chacun des systèmes électroniques 20,30. Ainsi, si par exemple la chaîne 20 a un niveau de déclenchement plus bas que celui de la chaîne 30, la bobine 14 va définir une région de détection R1 plus petite que la région de détection R2 de la bobine 15, et incluse dans celle-ci, comme illustré en figure 3. On pourra donc savoir, en comparant les sorties
S1, S2, si la cible se trouve dans la région Rl, ou dans la région R2 à l'exclusion de la région Rl, ou encore en dehors de Rl et R2. Dans ce cas, le détecteur 50 offre donc avantageusement deux niveaux de détection au lieu d'un, tout en apportant une bonne sécurité de fonctionnement, car la détection reste possible en cas de défaillance d'un des deux systèmes.

Dans la description qui précède et sur la figure 2, on n'a pas décrit et représenté, dans un souci de simplicité, tous les circuits que comporte le détecteur 50 (d'alimentation, de régulation, d'autotest, etc.), ces circuits étant classiques et connus de l'homme du métier.

I1 apparaîtra clairement à l'homme du métier que le détecteur selon la présente invention peut faire l'objet de nombreuses modifications, ajouts ou simplifications. Par exemple, pour une détection à deux niveaux de sensibilité, si l'application n'exige pas une grande sécurité de fonctionnement il n'est pas nécessaire de conserver deux systèmes électroniques parfaitement distincts, et on peut mettre en commun certains éléments, notamment les circuits de sortie 23, 33, des circuits d'alimentation, etc...

Par ailleurs l'homme du métier notera que l'on peut dans certaines applications, grâce à la présente invention, tolérer un couplage électromagnétique entre les deux bobines, car ce couplage est constant et identifié (ce qui n'était pas le cas dans l'art antérieur où la distance entre les bobines dépendait de la disposition des détecteurs). On donnera à titre d'exemple le cas de deux bobines ayant une portée nominale de détection de 2.5 mm, qui diminue à 1.6 mm en raison du couplage électromagnétique. En observant qu'une bobine retrouverait sa portée de détection nominale de 2.5 mm si l'autre venait à être défaillante, on peut alors comprendre qu'il est possible de les faire fonctionner conjointement si la cible présente un débattement suffisant pour que l'état "présent" corresponde à une distance cible/bobines inférieure à 1.6 mm et l'état "non-présent" à une distance supérieure à 2.5mm. Dans ce cas, il n'est donc plus nécessaire de prévoir un fonctionnement alterné des deux systèmes électroniques.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Détecteur (50) de proximité inductif, pour la détection de la présence d'un objet mobile par l'intermédiaire d'une cible (10), du type comprenant

une bobine (14) émettant un champ électromagnétique, montée sur un support (12) en matériau magnétique, et

un système électronique (20) comprenant un oscillateur (21) délivrant à la bobine (14) un signal d'excitation, dont l'amplitude d'oscillation varie lorsque la cible pénètre dans une région de détection, et un circuit de déclenchement à seuil (22) recevant ledit signal d'excitation et délivrant une information de sortie (S1) à deux états, fonction de l'amplitude de l'oscillation,

caractérisé en ce qu'il comprend au moins une deuxième bobine (15) coaxiale à la première bobine (14) et montée sur ledit support en matériau magnétique (12), et au moins un deuxième système électronique (30) associé à la deuxième bobine.

2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les systèmes électroniques (20,30) fonctionnent alternativement selon des plages temporelles de fonctionnement disjointes.

3. Détecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque système électronique (20,30) est désaccouplé cycliquement de la bobine correspondante (14,15) par l'ouverture d'un interrupteur (16,17), une bascule de mémorisation (24,34) étant prévue à la sortie du circuit de déclenchement (22,32) du système électronique pour conserver l'information de sortie du circuit de déclenchement lors des ouvertures dudit interrupteur (16,17).

4. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend deux systèmes électroniques (20,30) présentant les mêmes seuils de déclenchement, et fournissant la même information de sortie sauf en cas de panne de l'un d'entre eux.

5. Détecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend deux systèmes électroniques (20,30) ayant des niveaux de déclenchement différents, de sorte que la région de détection (Rl) de la bobine (14) correspondant au système électronique (20) ayant le niveau de déclenchement le plus bas est incluse dans la région de détection (R2) de la bobine (15) du système (30) ayant le niveau de déclenchement le plus élevé.

6. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il fonctionne à haute fréquence, et en ce que la cible est en un matériau conducteur de l'électricité.

7. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il fonctionne à basse fréquence, et en ce que la cible est en un matériau ferromagnétique.

8. Détecteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit support magnétique (12) prend la forme d'un pot en ferrite dont le fond comporte une excroissance cylindrique axiale (13) autour de laquelle sont enroulées les deux bobines (14,15).